工业热电偶自动检定系统设计与实现.doc

1、内蒙古科技大学硕士学位论文摘要热电偶是工业生产和科学研究中最为常用的一类温度传感器。我国计量法规定，热电偶不仅在出厂时要进行严格检定，而且在使用过程中还要进行周期性检定或监督性检定，以确保热电偶测温的准确性。传统的工业热电偶检定工作由人工操作来完成，这种方式是凭借操作人员的经验将检定炉温度逐渐控制到每一个温度检定点，然后尽量将其稳定下来，加以检定。本文针对这种检定过程完全靠人工操作，效率低，劳动强度大等问题，充分利用计算机数据采集技术和控制技术，以及目前丰富的软、硬件资源，设计了一种工业热电偶计算机自动检定系统，实现了工业热电偶检定过程的自动化、智能化及规范化。论文在分析热电偶检定规程的基础上

2、，介绍了工业热电偶自动检定系统的整体设计方案、软硬件系统设计及主要解决的技术问题。本系统选用高精度可远程控制的多功能测试仪表HP34401A Multimeter，利用串口线将上位机与HP34401A相连，实现检定数据的自动采集，采用固态继电器和PID调节器相结合，对检定炉温度进行自动控制。检定系统软件采用Visual Basic6.0编写，可实现炉温的自动控制、热电偶的自动检定、检定数据的自动存储、历史数据查询以及检定证书的自动打印等功能。本文所设计的工业热电偶自动检定系统已经在实验室投入实际运行，工作性能稳定，符合工业热电偶检定规程里所规定的技术要求，达到了课题的设计目的。整个系统具有很好

3、的扩展性，而且缩短了检定时间并减轻了检定人员的劳动强度，提高了热电偶检定工作的自动化水平。关键词：工业热电偶；自动检定系统；数据采集与处理；炉温控制；检定证书AbstractThe thermocouple is the most commonly used type of temperature sensor in the industrial production and scientific research. The Metrology Law in China stipulates that thermocouples have to be calibrated or supervi

4、sed Periodically in the course of its usage to ensure the accuracy of the temperature measurement.Traditionally, the thermocouple verification mainly depend on manual work, and in the verification process it mainly rely on the peoples experience to make the temperature control to a test point one by

5、 one, which remained stable after its verification. For this verification process relies entirely on manual operation, low efficiency, labor-intensive issues and so on. The paper make full use of present computer control and data acquisition technology, as well as a wealth of current software and ha

6、rdware resources, designs a kind of industrial thermocouple auto-verification system, to achieve industrial thermocouple calibration automation, intelligent and standardization.Based on the analysis of the Specification of Thermocouple Calibration, This thesis introduced an overall design of industr

7、ial thermocouple auto-verification system, software and hardware system design and the technical problem mainly solved. The system selection of the high precision programmable multifunction instrument HP34401A Multimeter, using serial digital acquisition module USB-4716 connected computer and digita

8、l thermometer HP34401A to realize automatic data acquisition, using solid state relay and PID regulator, so as to control temperature furnace. The system software written in Visual Basic 6.0, can realize the automatic control of furnace temperature, thermocouple automatic verification, automatic sto

9、rage of test data, historical data query and the certificate is automatically printed and other functions.The design of the industrial thermocouple auto-verification system in laboratory has been put into practical operation, Work performance is stable, it can in line with industrial thermocouple re

10、quirements, also meet the design requirements. The whole system has a good expansibility, shorten the time of verification and reduce the labor intensity, improve the automation level of the thermocouple calibration work.Key Words：Industrial Thermocouple; Automatic verification; Data acquisition and

11、 processing; Temperature control; Calibrate certificationII 目录摘要IAbstractII引 言11 绪论21.1 研究背景及研究意义21.1.1 课题背景21.1.2 研究目的及意义31.2 热电偶检定系统及其研究现状与发展趋势41.2.1 热电偶检定规程41.2.2 热电偶自动检定系统的原理及功能51.2.3 研究现状与发展趋势61.3 热电偶检定系统主要技术指标及关键技术问题81.3.1 主要技术性能指标81.3.2 关键技术问题81.4 论文主要工作及内容安排91.4.1 论文主要研究工作91.4.2 内容安排102 热电偶自

12、动检定系统总体设计112.1 检定方法选择112.2 检定系统总体方案设计112.3 主要硬件设备选型132.3.1 管式电阻炉132.3.2 HP34401A数字万用表142.3.3 智能调节器172.3.4 固态继电器（SSR）182.3.5 扫描开关电路192.3.6 USB-4716模块192.3.7 上位PC机的硬件配置212.4 本章小结213 炉温控制系统设计与实现223.1 管式电阻炉物理模型223.2 炉温控制系统结构及原理233.3本章小结244 工业热电偶自动检定系统软件设计254.1 软件开发平台及工具254.2 软件系统总体结构设计254.3 系统主界面设计264.4

13、 通信程序设计284.4.1 通信控件MSComm284.4.2 RS-232串行接口304.5数据采集程序设计314.6 数据处理程序设计344.7 系统运行结果364.8 本章小结395 总结与展望40参 考 文 献42附录VB部分程序45在学研究成果49致谢502引 言温度是与人类的生活、工作关系最为密切的物理量，也是工农业生产和科学领域中最为关注的热力学参数之一，故温度计广泛应用于人们的日常生活、科学研究及工农业生产中，为保证其能准确工作，需要对其进行定期校准。过去，温度仪表的校准工作不仅花费时间较长，而且检定结果的准确性还受到校准工作人员的从业经验影响。国外早在70年代初就已开始进行

14、温度自动检定系统的研究工作，而我国的研究是从80年代才开始，起步相对较晚。现代科技的日新月异，计算机技术的发展也突飞猛进，促使了计算机自动控制的温度校准系统的问世，从而使工业现场温度仪表的校准工作更上一层楼。在工业现场，热电偶是一种常用的温度传感器。在长期使用过程中，热电偶的热电特性会发生变化，进而导致其指示的温度值失真，造成测温误差逐渐增大。故为了保证测温的准确性，必须根据国家鉴定规程和校准规范定期检定热电偶，依此确定其测量误差，从而判定被检热电偶是否可以继续使用，若误差大小符合相关检定规程，则给出其修正值，否则视为不合格。目前，不少单位已陆续组建了热电偶自动检定系统，并开展相关方面的研究工

15、作。对于高校的测控技术与仪器专业而言，热电偶检定应该是学生的一项必修内容，但目前很多高校只是把这项工作停留在理论教学阶段或者还未将其列入教学计划，这就导致了教学工作与企业实际工作的脱节，为此，本课题充分利用实验室现有设备，研制了这套性价比较高的热电偶自动检定系统，该系统完全可满足学生实验教学的需要。1 绪论1.1 研究背景及研究意义1.1.1课题背景温度是用来表征物体冷热程度的物理量，因而它是工业生产过程最常见、最基本的参数之一，许多工业产品的质量、能量和产量都与温度有着紧密的联系，因而在我们的日常生活、科学研究以及众多工业生产中，都不可或缺的要对温度进行精确的测量控制。目前在国内外仪表行业中

16、，最为常用的一种测量温度的器件就是热电偶 崔志尚.温度计量与测试M.北京：中国计量出版社，1998.。利用热电偶作为感温元件制作的温度计叫做热电偶温度计，它是通过在其上装载合适的电测仪表及其它相关部件构成的一个整体系统。由于其具有测温准确、结构简单及使用方便等优点，所以在许多领域（工业生产、高校实验、科学研究等）都广泛采用热电偶进行测温。迄今为止，人类已开发研制出的热电偶达300多种。在众多的热电偶种类中，仅有8种符合国际化标准，被广泛应用在工农业生产中。工业热电偶能够测量从-2702500的温度，可见它具有较宽的测温范围，并且它的这一测温特性可以满足很多领域的应用要求，特别是在使用热电偶最多

17、的工程领域。在目前的工程领域中，约有将近一半的测温是通过热电偶来完成的，特别是在一些高温领域，如机械的高温处理、钢铁金属的冶炼以及火力发电等。相对于工程领域的应用，科研工作、企事业单位以及各大高校实验室常把热电偶用作标准器件或精密温度计，这是因为铂铑热电偶能够测量从-3001600的温度范围，且测温精度较高，故这些研究机构对铂锗热电偶进行了大量研究，并把它用作标准测温器件，因此铂锗热电偶在这些领域中占据着无可替代的地位 计量测试技术编辑委员会.计量测试技术手册(第五卷)-温度M.北京：中国计量出版社，1997.。热电效应的发现可以追溯到100多年前的塞贝克，从其发现到现在为止，热电偶大致经历了

18、三个不同的发展阶段，如表1.1所示。随着现代高新技术的发展以及国内外尖端技术对测温的严格要求，国内外都投入了很大精力，不管是在人力还是财力上都给予了很大支持，热电偶因此也得到了很大发展，不仅在检定方法上，而且在测温精度及性能上充分发挥热电偶传感器的优点 JovanBojkovski,Janko DmovsekIgorPusnik，and Tannasko Tasie . Automation of a Precision Temperature Calibration Laboratory. IEEE Transactions on Instrumention and Measurement,

19、2000,(49):596-601.。对热电偶进行改造主要侧重两个方面： 一是仅仅将热电偶看作是一种材料，对材料的研究无非就是对它的化学构成、热电特性以及表面物理参数的研究，从这些特性变化中找出规律，进而来改变热电偶的特性及延长其使用周期；二是把热电偶作为一种测温仪器，对其在使用过程当中所用的检定方法、本身结构及性能方面的测试进行研究，最大可能的提高其测温的精度 刘引.热电偶测量误差综述J.锅炉制造，2004，(4)：76-78., 黄苏春.热电偶和热电阻测温的误差分析J.仪器仪表用户，2004，(l)：94-95. 。表1.1 热电偶的发展阶段时间发展阶段检定方法种类特点1821起经历了一个

20、世纪第一阶段配对法缺少理论指导及经验可循，与塞贝克的研究一样，全靠摸索，实测了近300百种热电偶。1918年后的40年第二阶段配对法比较法非常重视对热电偶材料热电特性的研究，并且绘制了热电特性曲线，同时加深了对熔钢温度测定问题的探索及研究。90世纪60年代后至今第三阶段比较法配对法分析法重视对热电偶回路中所涉及的基本理论及这些理论在实际中应用的研究，出现了一种新型热电偶铠装热电偶，该热电偶目前得到了普遍的应用，并且在规格方面已经标准化。通过调研可知，目前在我国受过专业计量测试训练的技术人员很少，尤其在热电偶运用方面的各基层单位中更是大为缺乏，职工中的大多数都没有受过这方面的专门培训。更为落后的

21、是有些企业中，检定系统还停留在手动检定的阶段，而且检定设备较落后，导致测温的精度也比较低，效率也很低。故本课题研究的主要目的是使工业热电偶检定系统能够向着自动化与智能化的方向发展。1.1.1 研究目的及意义在过去，对热电偶的检定主要靠人工操作来完成，根据检定人员在长期工作中所得的经验将温度逐个的控制在检定点上，然后再尽量将其保持在一个恒定的温度点，然后对其加以检定。在检定的过程中，操作员不仅仅要记录每次热电偶检测的数据，而且还要对热电偶进行手动切换，所以这种人工检定的方法很难保证达到稳定时的检测精度，况且在操作人员进行手动操作时，很难避免手动所带来的延时，这就导致测温精度不够高，以及存在一些不

22、必要的人为因素，这样就很难保证热电偶检定规程中所规定的技术要求 崔庆杰，郭惠英.热电偶检定系统的误差来源及不确定度的评定J.计量与测试技术，2004，(18)：11-12.。人类的发展都离不开现代高新技术的发展，早在20世纪90年代初期，由于计算机与各种各样智能仪器仪表的不断发展，为了解决仪表的自动校准工作，开始了对热电偶自动检定系统的研究 张立红.多功能智能温度仪表校验仪J.微计算机信息，2001，(l)：86-7.。刚开始对自动检定系统进行研制时，热电偶的检定需要购买许多设备，比如：测量仪器、检定炉及温控仪等，由于当时每个厂家的生产规模不一，一个生产厂家不能完成全套的设备生产，这就使得购买

23、的设备不能由同一个生产厂家供应，而各个厂家生产的设备都配套有相应的软件，由于这些软件之间存在一定的不同之处，因此就导致了这些软件的不兼容性，软件不兼容就会造成所有的工作不能完全靠软件自动控制来实现，期间还需要有人的辅助才能完成，此时的检定系统还处在发展阶段，所能形成的系统也只能称作半自动系统。以后随着对检定工作更深入的研究，整套的热电偶自动检定系统也开始出现了，此时的系统软件可以相互兼容，能够实现将各个仪器仪表的控制、测量以及所得数据的保存、处理、打印等功能集中在一套软件中，实现了真正意义上的热电偶自动检定系统，但是相对于它的优点而言，它的不足之处也开始显露，那就是整套设备的价格比较昂贵，而真

24、正想要实现的是：利用现有丰富的软硬件资源能够设计一种工业热电偶自动检定装置，实现面向用户所需的特定功能，进一步使热电偶检定过程更趋自动化、智能化和规范化。系统软件的设计可以选用面向对象的计算机程序设计语言，比如C语言、Visual Basic语言、Visual C+等，采用上述几种程序设计语言最大的特点是，它们都是面向对象的程序设计语言，可实现友好的人机交互界面，对数据的采集与处理快速准确，基本能够符合热电偶检定规程所规定的技术要求，而且能够实现一次检定八支热电偶，检定的精度也较高，可以满足不同用户的要求。1.2 热电偶检定系统及其研究现状与发展趋势1.2.1 热电偶检定规程工业热电偶所包括的

25、种类较多，主要可以分为两大类：一是贵金属热电偶；二是廉金属热电偶 王欣然.铂锗10-铂热电偶检定炉的改造J.内蒙古电力技术，2003，(4)：62-63.。第一类主要指铂铑10-铂(S型)、铂铑13-铂(R型)和铂铑30-铂铑6(B型)热电偶。而第二类指的是镍铬-镍硅（铝）（K型）、镍铬-铜镍（E型）、铁-铜镍（J型）、镍铬硅-镍硅（ N型）这四种热电偶。本文主要是根据JJG351-1996标准对工作用廉金属热电偶自动检定系统进行设计 吴霏.浅谈铂锗热电偶细丝的热电动势测量方法J.工业计量，2006，(2)：1-13.。被检热电偶的测温范围及其允许误差要求如表1.2所示 王魁汉，吴玉锋，王楠.

26、谈谈热电偶的测温误差J.计量技术，2004，(3)：60-62.。 表1.2 廉金属热电偶测温范围及允许误差热电偶分度号等级测量温度范围（）允差KI-4011001.5或0.4%tP-4013002.5或0.75%tEI-408001.5或0.4%tP-40 9002.5或0.75%tJI-407501.5或0.4%tP-407502.5或0.75%tNI-4011001.5或0.4%tP-4013002.5或0.75%t注：t为测量端温度在热电偶检定过程中，不仅要满足上述允许误差标准，而且需要对热电偶的外观进行观察，看其是否符合下列要求：热电偶的电极应平滑、光洁、线径均匀；使用中的热电偶电极

27、允许稍有弯曲，表面允许有暗色斑点，经过清洗之后没有发黑、腐蚀斑点和明显的粗细不均匀的缺陷；热电偶测量端的焊接应牢固、圆滑、无气孔，直径为（1.11.3）mm 中国测试技术研究院.中华人民共和国国家计量检定规程S.JJG141-2000.北京：中国计量出版社，2000。同时热电偶的检定也应满足以下各项技术要求： 一等、二等标准铂铑10-铂热电偶各一支； 测量范围为：-30300的二等标准水银温度计一组，也可选用二等标准铂电阻温度计； 多点转换开关，寄生电势不大于0.4pV； 管式电阻炉长度不应小于400mm，常用的最高温度为1100，最高均匀温场中心与炉子几何中心沿轴线上偏离不应大于10mm，并

28、且有20mm长、1的均匀温场； 参考端恒温器内的温度为（00.1）； 各电测设备环境条件应符合使用条件。1.2.2 热电偶自动检定系统的原理及功能 热电偶自动检定系统的原理无论是对热电阻还是对热电偶进行检定，其工作过程大致由两部分构成，即控温过程、数据采集及处理过程 庄森，吕延华.热电偶管理及检定数据处理系统的开发与应用.计量技术，2005，(2)：49-50.。检定依照的都是比较校验的方法，二等标准热电偶作为标准器，温场由电阻炉提供，高精度数字万用表作为测量部分，将采集的数据传入上位机，在上位机界面上通过编程来对比标准与被校的差别 李忠虎.热电偶应用问题综述J.工业计量，2007，(2)：3

29、9-42.。按不同热电偶的检定规程要求设定检定点温度，利用专业软件通过串口将需要检定的各检定点温度及对应的控温参数依次送给PID调节器，利用智能调节器的输出来控制固态继电器的导通与关断，进而来实现检定炉升温、恒温的自动控制，同时计算机定时监视PID调节器上的测温显示，当计算机监测到控温PID调节器上温度显示值到达或接近设定温度，并且每分钟温度变化满足检定要求时，马上起动扫描开关和数字万用表对标准热电偶进行监控，一旦满足检定规程要求即炉温偏离检定点温度不大于5且每分钟变化不超过0.2时，就将标准和被检偶的数据读入计算机进行计算、处理、保存。待所有检定点都检定完成之后，可以将测量的原始数据和计算结

30、果及最后结论以表格形式打印输出。 热电偶自动检定系统的功能本课题炉温控制部分采用了日本岛田的SR90系列的PID调节器，其内部带有参数自整定功能，对检定的温度划分不同的区间，利用其自整定的功能，实现对各个检定区间的最佳PID参数进行保存，这样就方便了以后调用这些参数，进而保证了炉温能够处在最佳的控制状态中，提高了控温精度。数据采集通过专业的软件来完成，保证了数据采集的实时性与准确性。整个系统改变了传统的人工检定的繁琐，而且在炉温的控制精度上有了很大的提高，且能够进行数据的自动采集及处理，减少了检定人员的工作量1.2.3 研究现状与发展趋势随着现代仪器仪表的不断推陈出新和更新换代，使得仪表在自动

31、控制能力方面有了大大提高，同时伴随着计算机技术的发展与应用更加广泛，使得自动化仪表能够与计算机直接相连并且能够很好的自动运行。目前，各行业都比较重视行业的标准化，但是相对于国外来说，我国在计量方面起步较晚，设备与技术都比较落后，对于先进设备及仪器的了解也只是停留在已见刊的测量仪表进行推测，国外在这方面发展较快。近年来，美、德、日等国家的检测系统自动化控制提高很快，可靠性较高，同时应用新的远程通讯系统对检测系统进行控制，我国在这方面的设备大都靠进口来满足国内的需求。 在国外，美国国家航空与航天局的引力材料科学实验室最早开展这方面的研究，在1991年就已经成功地研制出了热电偶自动检定系统。最初阶段

32、该系统即可自动校准从室温到650范围内的K型热电偶，但是仍存在很大的局限性 黄艳岩. LabVIEW平台下工业热电偶自动检定系统的研究D.北京：中国计量科学研究院.2004.。随着科学技术的不断发展及热电偶材料得到大范围的推广使用，对计量测试技术的要求也有了很大的提高，而对于我国来说，才刚刚开始对计量技术自动化的建设。最近几年里，由于国家在这方面给了很大程度的扶持，国内好多企业也开始了对热电偶自动检定系统的开发研究，无论是哪个国家的热电偶自动检定系统，大致都是由四个部分构成，即检定炉、炉温控制系统、数据采集系统以及数据处理系统等，其系统原理框图如图1.1所示。图1.1 常见的热电偶自动检定系统

33、原理框图热电偶检定系统中，检定炉的主要功能是为热电偶检定顺利进行提供必要的温场，而依据发热原理的不同可分为黑体炉和电阻炉两种。黑体炉主要是利用黑体本身的热辐射原理来获得所需要的温度，电阻炉是依靠电流通过电阻丝时进行发热 杜广仁，赵铺华，刘方.热电偶时间常数与热响应时间.企业标准化，2005，(8)： 38-4。在数据采集系统中，主要采集的信息是标准和被检热电偶信号。在现阶段常采用的方法有两种： 利用精度较高的数字测量仪来获取热电偶的mV信号，接着利用测温仪器自带的通信端口GPIB或RS-232将采样结果传输给上位机。目前市场上常用的测量仪器有下面几种：KEITHLEY2000数字万用表、SI7

34、081数字万用表、HP34401A数字万用表、HY2003A六位半热电偶热电阻测试仪等。 A/D采集卡+前置放大器 例如可以将标准热电偶和各被检热电偶的电压信号通过低电势多路转换开关进行切换，然后将其送入放大器内进行放大，并且将其经过模数转换器转换为串行数据，接着再将其经过移位寄存器把其变为并行数据，最终通过输入输出口分段传输给上位机，进而来完成对数据的采集。采用这种方法需要将采集的小信号进行放大，然后再通过计算机的软件对其采集的电压信号进行转化，变为温度值，由于过程中采用了中间放大环节，故会带来一些误差，造成所得数据的不精确，而且转换完的数据是温度值，不能进行热电偶mV信号的比较。炉温的控制

35、是要精确地对检定炉内的温度进行控制，就热电偶检定系统而言，现在市场上应用最多的控温结构一般采取两种方式： 上位机+D/A转换卡采用该种控温模块时，所用的控制算法都是通过上位机的软件来实现，可以选用不同的控制算法，进而来达到更好的控温效果。 用独立的智能表控温在控温方面，也可以选择较方便智能仪器，例如利用横河公司生产的UP750、日本岛田公司生产的SR90 系列PID智能调节器等，通过这些仪器自带的串行端口来与上位机进行通信，接着上位机对其内部的参数进行设置，进而来实现控温的目的，但是控温效果的好坏就只能由智能调节器的性能决定了，故它的灵活性比较差。 数据处理系统主要是对采集的数据进行计算处理，

36、最后输出所需的检定结果。根据在检定系统中所用数据处理器类型不同来划分，数据处理系统可以归纳总结为以下两大类： 微处理器型。这种设备的控制器通常都带有单片机或者一些具有运算及数据处理能力的微型处理器，它将炉温控制、数据采集及处理等各部分要实现的功能都集中设计在一块线路板上。它的优点是成本低、体积小，但其具有技术难度大、开发周期较长以及系统扩展性差的缺点，并且这类型的设备在显示，以及对检定数据输出方面的功能有限，故不宜推广使用。 通用微型计算机型。它主要通过编程的方法将控制算法虚拟为控制器，然后将控制算法载入计算机进行运行，接着利用设计好的计算机虚拟通信端口来实现数据的采集，再结合目前比较流行的面

37、向对象的程序设计语言对所得数据进行处理，通过鼠标、键盘、打印机等设备对其进行输入输出操作，完成检定的整个过程。采取这种方式进行数据的接收更能方便灵活地实现检定功能。整个装置的优点是检定精度高、开发环境优越、便于调试和修改、技术难度低、检定数据处理迅速灵活以及人机交互界面友好，故易于推广使用。缺点是设备的体积较大、稳定性也较差。1.3 热电偶检定系统主要技术指标及关键技术问题1.3.1 主要技术性能指标做工程项目首先应该对项目进行分析，定义问题，然后从多个方面进行考虑，比如资金、技术等，对项目的技术指标及用户的特殊要求有较明确的认知。接着需要对市场进行调查并需要对用户进行咨询，进而更加明确所研制

38、的工业热电偶自动检定系统必须达到的技术指标或者相关设备必备的一些特点，而这些技术要求主要来自于两个方面：一是来自国家颁布的有关各种热电偶检定的规程；二是来自于用户对于计量单位提出的要求，对上述两方面进行总结可得以下几点 沈景鹏，陶英，孙旭东.热电偶自动检定系统的控温设计J.贵州科学，2002，(4)：72-74,78.： 对检定的类型而言，可以检定S、B、R、K、E、N、J等7种不同型号的热电偶； 相对于精度而言，所测误差小于0.2； 检定时，由低温到高温逐点升温进行检定，炉温偏离检定点温度应不超过士5； 在热电偶循环进行测量时，要求炉温变化不超过士0.2/min； 就检定效率而言，平均在每个

39、温度检定点升温与检定时间加起来不超过30分钟； 进行电量测量时，各分辨率为：电压0.1 mV、电阻0.l mW； 对热电偶进行切换时，所用扫描开关的寄生电势应小于 0.4pV； 检定点温度范围为:2001100； 可以一次检定的热电偶支数为：18支； 在炉温控制方面，能够完成自动与手动的切换； 能够自动完成对炉温控制、数据采集及处理、数据存储及报表的打印； 系统界面友好，操作简便，运行稳定。1.3.2 关键技术问题在热电偶自动检定系统中，能够在自行设计的界面里进行参数的设置，对温度进行自动控制并且能够对温度的稳定性给出判定，同时还能够对通道实现自动切换，数据的自动采集以及报表的自动打印等。其中

40、对控温精度和采样精度要求比较高，它也是系统需要解决的关键问题，同时也决定了整个系统的成败。 控温精度在热电偶自动检定过程中，对炉温的控制主要来自于两方面的要求：一个是国家颁布的各类型热电偶的检定规程，在里面对热电偶的检定条件，检定要求以及检定点都给出了明确的规定，要求检定时炉温偏离检定点温度不超过5，且炉温变化小于0.2/min；二是来自用户的要求，对检定的效率要求较高，要求平均对每个检定点的升温与检定时间不超过30min，其实这也是对其炉温控制的动态性能的要求，使其尽量的缩短调节时间提高检定效率 付志勇，王琳. 温度综合自动检定校测系统. 中国测试技术，2005，(7)：34-35.。 采样

41、精度在对热电偶进行检定时，需要采集被检和标准热电偶的电压信号，并且将所采集的数据进行处理，计算出它的误差值，判断其是否在允差范围之内，如果在就给出修正值，但是由于所测的电压信号比较微弱，因此需要想办法减少它的中间环节，进而来减小它的测量误差，保证所测数据的准确性，其实这也是热电偶自动检定系统需要解决的技术难点之一。 冷端自动补偿由热电偶的测温原理可知，只有将热电偶的冷端保持一个恒定的温度，才能保证所测热电偶的热电势是温度的单值函数，所以热电偶的冷端必须进行补偿。目前，冷端补偿的方法比较多，但是也都存在一定的误差，因此能否采用比较好的冷端补偿方法直接影响测量的精度 王健石.工业用热电偶及补偿导线

42、-技术手册M.北京：中国计量出版社，2003.。1.4 论文主要工作及内容安排1.4.1 论文主要研究工作本课题的关键在于掌握热电偶的检定规程和Visual basic平台的功能、特点并了解各仪器的使用方法、通讯代码，在此基础上，设计热电偶自动检定系统。本课题根据对文献资料的阅读及分析，掌握热电偶的检定规程的四个步骤 国家质量技术监督局.中华人民共和国国家计量检定规程工作用廉金属热电偶M.JJG351-1996.北京：中国计量出版社，2000.： 检定条件， 检定要求，检定方法及检定项目， 检定结果处理和检定周期。根据技术要求选择好标准热电偶和被检热电偶，根据检定条件安装好标准热电偶和被测热电

43、偶，并且按照检定条件对其它相关设备进行选择，在Visual Basic软件上对热电偶的检定界面、数据采集、结果处理等进行编程设计，解决编程过程中遇到的问题，能够对温度进行准确地测量，并把结果显示出来。利用34401A型六位半数字万用表做数据采集器，利用SK2-12-12H型回转式管式电阻炉来提供均匀的恒温场；利用RS-232串口使上位机与HP34401A数字万用表相连接 罗传翼，程桂芬，付家才.控制工程与信号处理.北京：化学工业出版社，2004.；利用Visual Basic软件平台来编写串口通讯程序、温度控制程序，以及对界面、数据采集、数据处理进行编程来实现工业热电偶的自动检定。设定一个温度

44、检定点，用标准热电偶去测量电阻炉里面的温度，当电阻炉里面的温度稳定时，同时检测标准热电偶和被测热电偶，对它们所测的值进行计算及分析并保存测量结果，得出被测热电偶是否合格，打印报表及检定证书。1.4.2 内容安排本课题所设计的系统由热电偶信号采集与处理、炉温控制、报表自动打印等部分构成，因此它是一个完整的温度过程控制系统。论文从工程角度分析了系统的整体结构、内部各个硬件的选择、软件的设计以及在设计中需要考虑的主要问题。同时还考虑了热电偶自动检定系统的特殊性，它不同于一般的温度控制系统，对采样精度及控温精度具有严格的要求，因而常规的控温算法及A/D转换器件很难达到系统的技术指标，所以如何能够综合考

45、虑它的两个关键技术问题来对采集模块与炉温控制器进行设计，是该热电偶自动检定系统成功与否的关键，也是本课题研究的重点内容。对论文的结构安排如下:第一章: 论述了论文的选题背景及意义，比较详细地介绍了热电偶检定的必要性，并且阐述了过去热电偶检定过程中存在不足等问题。接着论述了国内外热电偶检定装置的研究现状及发展趋势，在此基础上分别提出了此系统中需要解决的关键技术问题及技术指标。第二章：在综合分析热电偶检定过程和技术指标的基础上，对热电偶自动检定系统整体结构进行了设计，给出了系统的整体框图，并且对系统内各个硬件部分进行了介绍。在对系统结构进行分析之后，对检定方法进行了选择，同时更加明确了系统需要完成

46、的基本功能。第三章：对炉温控制系统进行设计，具体介绍热电偶检定炉的物理模型，接着对智能调节器进行了分析，采用智能调节器控制固态继电器来达到控温的目的。第四章：对热电偶自动检定系统的软件进行设计，详细介绍了软件系统的设计思想、编程语言选择、软件中各个功能模块的设计，最后给出了实验研究结果。第五章：总结了论文所能够完成的主要工作，指出存在的不足与问题，并且对今后的继续研究给出了建议。2 热电偶自动检定系统总体设计2.1 检定方法选择在对工业热电偶进行检定时，需要分别对待。对于贵金属热电偶来说，遵照JJG141-2000标准，不仅需要对被检的热电偶进行外观观察、清洗及一些辅助处理，还需要完成对不同检定点的检定工作，例如对被检热电偶铂铑10-铂来说，它的三个检定点是：锌(419.52)、铝(660.32)、铜(1084.62)，在检定时，炉温与检定点的温度值之间的偏差不应超过5。对廉金属热电偶来说，遵照JJG351-1996标准，同样需要对被检热电偶的外观进行检查，但是对于新制热电偶，还需要对其进行退火的辅助处理，对已经使用过的热电偶可不退火。廉金属热电偶的示值检定点是按电极极性及偶丝粗细共同决定的。在本课题的设计中，根据实际情况的需要，镍铬-康铜（E）的检定点取为300、400、500和600，而镍铬-镍硅（K）的检定点取为400、600、800、1000 凌善康，原尊东.通用热电偶